Comunicaciones inalámbricas para estimación de distancia (¿RFID quizás?)

Lo que quiero hacer es medir la distancia entre dos puntos/dispositivos que se están alejando o juntando constantemente. El valor de la distancia no es realmente necesario. Solo buscaría que suene una alarma cuando los dispositivos/objetos estén a unos 25 cm de distancia y no haya obstrucciones entre ellos. Vi que podría ser posible usar una etiqueta RFID en una de las partes con algún tipo de lector en la otra, esto mediría la intensidad de la señal y cuando estuviera tan lejos sonaría una alarma.

¿Estoy en el camino correcto con esto? Si es así, cualquier lectura adicional sobre los detalles de este sistema sería genial.

Respuestas (3)

El uso de la intensidad de la señal de RF para estimar una distancia como " alrededor de 25 cm de distancia " no funcionará por varias razones:

  1. La intensidad de la señal variará entre los dos dispositivos incluso cuando aparentemente haya una línea de visión sin obstrucciones entre ellos, debido a los cambios en la constante dieléctrica del aire debido a la presión barométrica, la humedad, las partículas en suspensión y quizás también otros factores. Esto significa que habrá variaciones incluso a lo largo del ciclo diurno. A las pequeñas distancias en cuestión, esta variación será significativa.
  2. La presencia de materiales conductores (y superficies reflectantes de RF) en las inmediaciones también provocará una variación de la intensidad de la señal, al igual que la intensidad de la luz de un LED medida por un sensor variaría debido a la luz reflejada del entorno.
  3. No se garantiza que la intensidad de la señal de emisión sea constante ni exactamente igual entre dos dispositivos RFID. Además, algunos dispositivos aumentan la señal periódicamente para mejorar la lectura de tokens RFID pasivos o para buscar dispositivos de baja señal.
  4. Cuando las distancias involucradas son comparables a la longitud de onda utilizada, otros efectos como la polarización de la señal y la difracción también agregan comodines al esfuerzo de estimación de la distancia. Esto es especialmente cierto en el caso de la banda RFID común de 900 MHz, con longitudes de onda cercanas a los 30 centímetros.

Ahora algunas soluciones...

Para las distancias mencionadas, se usa comúnmente la detección de distancia ultrasónica.

Si los dos objetos tienen una orientación conocida entre sí, o al menos uno de ellos puede orientarse hacia el otro, muchos de los populares pares TX-RX ultrasónicos para aficionados o módulos de sensores (como Parallax Ping)))) pueden ser usado.

Si la orientación no es fija, entonces se usa una emisión ultrasónica omnidireccional en lugar de las unidades TX direccionales comunes, y varias unidades RX dispuestas para cubrir un círculo proporcionan detección de pulso de retorno para el cálculo de la distancia.

Alternativamente, si la precisión de la distancia no es tan crucial, y si el albedo (coeficiente de reflexión) del objeto detectado es esencialmente fijo, entonces una alternativa es usar un módulo de detección de proximidad infrarrojo, como la serie Vishay TSSP4Pxx . Esta respuesta tiene más información sobre este enfoque.

Dependiendo de cuán generoso esté dispuesto a ser con la palabra "acerca de", puede usar bluetooth para esto.

Lockitron usa bluetooth para determinar cuándo su teléfono celular habilitado para bluetooth está a unos pocos pies de la cerradura de la puerta delantera de Lockitron (que tiene bluetooth). La idea es que el bluetooth se puede poner en un modo de emparejamiento automático y la mayoría de los módulos tienen la capacidad de cambiar la potencia de los transceptores, de modo que una vez que su teléfono celular y la cerradura de la puerta bluetooth están emparejados, la cerradura sabe que su teléfono debe estar a X pies del dispositivo.

Algunos de los problemas que menciona Anindo en su respuesta se mitigan mediante el uso del protocolo bluetooth pero, en general, sus preocupaciones siguen siendo válidas al 110 %. No obtendrá resultados muy precisos con este método. Espere tal vez 6-12 pulgadas de variación a menos que sepa algo que yo no y lo implemente de manera más inteligente. Además, un último pensamiento, el proceso de emparejamiento tarda unos pocos ms, por lo que hay latencia en el lado del protocolo.

Si cree que este es un enfoque correcto, le sugiero que busque varios temas de bluetooth (en particular, mire bluetooth 4.0, que tiene las ventajas de una potencia más baja y una latencia más baja) y luego regrese con nuevas preguntas específicas sobre sus intentos de implementación.

Lo que no aborda en su pregunta es la orientación. Una antena vertical simple, por ejemplo, generará un campo uniforme que (aparte de las obstrucciones y los reflejos de los objetos cercanos) se extiende 360 ​​grados alrededor de la antena. Pero si vas verticalmente demasiado alto o demasiado bajo, el patrón de campo ha cambiado drásticamente.

No estoy diciendo que use RF, sino que estoy tratando de usar el ejemplo de una antena de radio para demostrar que necesita definir mejor los dos objetos en movimiento. Si tienen total libertad para moverse entre sí, es poco probable que una antena electromagnética funcione de manera constante.

Sin embargo, es posible que tenga más suerte con los campos magnéticos: las antenas de cuadro se pueden "apilar" para que obtenga una cobertura más "uniforme" y se vean menos afectadas por las cosas normales que afectan las ondas de radio.

Si tiene energía en ambos extremos, hace las cosas mucho más fáciles. Si no lo ha hecho, es posible que obtenga suficiente energía en la unidad "sin poder" del campo generado por la unidad "energizada". Tengo un sistema que acopla energía (2W) a un circuito remoto y puedo obtener 5 cm de él. No necesitará nada como 2W, probablemente menos de 20mW. Creo que el Sr. Tesla podría tener algo que decir sobre esto si estuviera vivo.

Si hay energía en ambos extremos, ambos pueden medir la distancia que los separa.

Suponiendo que es como un sistema de transpondedor, es decir, energía en un extremo, entonces deberá diseñar una antena de cuadro que esté altamente sintonizada/resonante. No es necesario que funcione en VHF: bastará con unos pocos cientos de kHz o unos pocos MHz. El dispositivo "remoto" que ingresa al campo captará el campo magnético y, utilizando una bobina/condensador altamente resonante, comenzará a cargar energía en un condensador más grande que puede alimentar un pequeño circuito de "respuesta" durante unos pocos milisegundos. El circuito de respuesta podría enviar una respuesta posiblemente volviendo a sintonizar la bobina de alimentación y esto podría ser captado por la unidad alimentada. Incluso podría "patear" un transmisor de RF para enviar algo y esto podría ser recogido.

Esta solución necesita ingeniería para que funcione, pero mi intuición me dice que debería hacerlo.